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二级悬河的成因与生产堤存废(齐璞 孙赞盈)            【字体:
二级悬河的成因与生产堤存废(齐璞 孙赞盈)
作者:佚名    文章来源:水信息网    点击数:    更新时间:2008-8-31



文章摘要:......


提要:生产堤的存废一直是黄河滩区治理争论的焦点。20世纪70年代作出破除生产堤的决定。从水流漫滩后的滩、槽能量损失上分析,水流漫滩对主槽的输水输沙能力将减弱;主槽强烈冲刷与滩地大量淤积没有必然联系;洪水不漫滩主槽仍可发生强烈冲刷;洪水的非恒定性决定了河床的涨冲落淤和动床试验结果等多方面分析,生产堤的存在有利于主槽冲刷、多输沙入海和保护滩区。黄河下游河道治理的主攻方向是调水调沙与双岸整治互相结合,控制主槽淤积,增加主槽的过洪能力,减少漫滩机会,形成有利于排洪输沙的“高速公路”。

关键词:生产堤,滩槽能量损失,主槽与滩地冲淤,洪水非恒定性,黄河下游

回顾治黄历史,1973年汛后给中央的报告认为:“由于生产堤挡水,该漫滩的洪水不能漫滩,加重了河槽的淤积,形成悬河中悬河”,彻底废除生产堤后,二级悬河则可消除(见国发【1974】27号)。多年的治黄实践表明,生产堤的破除,虽然洪水上滩后增加了滩地的淤积,但滩地面积大,大漫滩机会少,滩地虽不断地被淹,二级悬河问题并没有得到解决。其实生产堤的存在不是产生二级悬河的主要原因。

1.二级悬河的形成原因

造成二级悬河的根本原因是在形成游荡性河道小水挟沙过多,不利水沙条件没有根本改变之前,在游荡河段兴建了大量的控导工程,控制了主流的摆动范围。这样虽对当时的防洪起了重要作用,但也控制了小水挟带泥沙的堆积范围,改变了游荡性河道依靠主流自由摆动平衡滩槽高差的演变规律,使主河槽持续淤积,造成主槽高于滩地的二级悬河。

游荡性河道的主槽强烈堆积是造成河床不稳定的主要原因。在自然情况下,主槽的淤积,造成滩槽高差降低,在洪水期会发生游荡摆动。因此河槽的强烈堆积是造成河槽宽浅,游荡摆动的根本原因[1]。

漫滩洪水在滩面上淤积成横比降二千分之一,滩唇高堤根洼,仍保持槽高滩低的格局,随着近年来不利水沙条件的出现,小水挟沙所占比例增加,河槽淤积加重,二级悬河在某些河段仍在发展。

游荡性河道整治后,工程控导了主流,但也控制了泥沙堆积的范围,经常走水的河槽在小水期不断淤高。由于受工程等因素的控制无法摆动,而洪水漫滩机会少,滩地面积大、淤积速度慢,因此,主槽的抬升速度大于滩地的抬升速度,促成了二级悬河的形成与发展,见图1,生产堤的存在加剧了这一发展,这一情况在夹河滩至高村河段表现得较为突出。

2、漫滩水流的滩槽能量损失问题

从漫滩水流的主槽与边滩的流速分布的改变可知,洪水漫滩后由于主槽的高流速区向滩地的低流速区传递能量,会降低主槽的流速。图2给出苏联《气象与水文月刊》1962年10月发表什比的《主槽和滩地水流的相互作用》论文[2]。水槽试验的结果表明,主槽与滩地隔开与否会影响主槽的流速值。当主槽与滩地隔开后主槽的流速可增加20%~30%。由此说明漫滩洪水不会增加主槽的输沙和过流能力。

图3 给出黄河下游孙口站实测流量与断面平均流速的关系可知,在低水期随着流量的增加,流速增大,平均流速最大的相应流量为5000~6000m3/s。当流量大于6000m3/s开始漫滩后,随着流量增加,断面平均流速减小,当流量达到10000m3/s时平均流速只有1m/s,较流量5000~6000m3/s的最大流速为2-3m/s,减小很多。

从图4给出的1996年高村站主槽实测平均水深与平均流速的关系也可以看出,洪水漫滩后会使主槽的平均流速和最大流速均会大幅度减小。其中最大流速减小的幅度远大于主槽平均流速减小幅度,最大流速由3.5m/s在漫滩后减至3m/s。

由以上水槽试验,黄河实测资料均可说明洪水漫滩会减弱了主槽的排洪输沙能力。由此可见在下游泄洪条件允许的情况,洪水漫滩会造成许多不利的影响。

3、淤滩与刷槽之间没有必然的联系

滩地与主槽的过流边界条件不同,因此造成水流输沙能力有很大差别,洪水漫滩后主槽与滩地输沙特性与冲淤特性表现也各不相同,滩地冲淤与主槽冲淤并没有必然联糸。主槽的强烈冲深也不是滩槽水沙交换所至。

2.1从实测洪水过程分析

近年来,对具有窄深断面形态的稳定河段的输沙特性与冲淤特性的研究表明,主河槽的冲刷主要发生在涨水期,在落水期不管含沙量大小,均处于淤积状态。由于涨水期的冲刷深度往往大于落水期的淤积厚度,使洪水期河床呈现冲刷。1958年大水,花园口、泺口站断面实测资料图5表明,大水过程中涨冲落淤。随着涨水平均河底高程和最低河底高程都是在降低,最大洪峰的时候河底高程达到最低。洪水的泄洪能力的增加主要是靠河床冲刷、水深的增大实现的。花园口站在1958年这场洪水中,流量从5000m3/s涨到15000m3/s,水位只增高了1m,但是河槽冲深了3m,河槽的冲深对河流的过洪能力起着至关重要的作用,这是黄河的特点。

一场大洪水在通过具有复式断面的河段时,随着洪水流量的增大,水位升高,主槽过流量增加的同时,漫滩水量也在增大,这两者是同时发生的。主槽过流量增大,无疑会增加主槽冲刷量与冲刷强度。而滩地的淤积量的大小,则取决于漫滩的水量与上滩含沙量。造成滩地淤积的主要原因是滩地糙率大,水浅流缓,泥沙很容易淤积。多沙河流洪水漫滩后,泥沙首先在滩唇上落淤,形成自然堤,阻断了滩地退水流流路,漫滩水流只能沿着堤河缓缓地向下游流动,“走一路淹一路,一直淹到陶城堡”,显现了滩区的滞洪滞沙作用。漫滩水流的运动速度远远低于主槽内洪水的传播速度,只有在下游险工的上首,水位较低时,才有机会回归主流。因此造成漫滩水流往往在落水期汇入主槽。从上述洪水期涨冲落淤形成过程可以看出,漫滩水在落水期汇入主槽,只能起到减少河槽淤积的作用。至于漫滩水流加到落水期的作用较小,难以抵消洪水期漫滩后减弱的河槽的冲

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